Практическое занятие 3 для дистанционного обучения учащихся «Катион Pb2 «Изучение реакций обнаружения катионов» Pb2 ,Fe2 ,Fe3 ,Mg2 ,Bi 2 ,Co2 ,Cu 2,Ag»

Практическое занятие №3

КатионPb²⁺

Цель: «Изучение реакций обнаружения катионов»

Pb²⁺ ,Fe²⁺ ,Fe³⁺ ,Mg²⁺ ,Bi ²⁺,Co²⁺ ,Cu ²⁺,Ag⁺

Иодид калия KJ (характерная реакция)образует с катионами свинца желтый осадок иодида свинца (II), растворимый в избытке реактива с образованием тетраиодоплюмбат(II)-ионов [PbJ4]^2-:

Pb²⁺ + 2J ^- → PbJ₂↓

PbJ₂↓ + 2J ^- → [PbJ₄]^2-

Осадок иодида свинца растворяется при нагревании в воде, в растворе уксусной кислоты. При охлаждении раствора из него снова выпадают красивые золотисто-желтые кристаллы иодида

свинца. Эта реакция катионов Pb²⁺ позволяет открыть их в присутствии катионов всех аналитических групп.

Выполнение реакции: к 2 каплям раствора нитрата свинца добавляют 2 капли раствора иодида калия. К образовавшемуся осадку прибавляют несколько капель воды и 2 н. раствора

уксусной кислоты до рН = 3 – 5. Нагревают на водяной бане до полного растворения осадка. При медленном охлаждении пробирки (ее погружают в холодную воду или оставляют остывать

на воздухе) выпадают красивые блестящие золотисто-желтые кристаллы иодида свинца – «золотой дождь».

КатионFe²⁺

Растворы солей железа (II) окрашены в бледно-зеленый цвет. Разбавленные растворы бесцветны.

Гексацианоферрат(III)калияK₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль)образует с катионом железа Fe²⁺ синий осадок«турнбулевой сини»:

2[Fe(CN)₆]^3- + 3 Fe²⁺ → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓

Осадок не растворяется в кислотах, но разлагается щелочами с выделением гидроксидов железа (II, III). Катионы Fe³⁺и другие катионы не мешают проведению реакции. Реакция очень чувствительна: предел обнаружения 0,05 мкг.Реакцияспецифична.

Выполнение реакции: к 2-3 каплям раствора сульфата железа (II) добавляют 2 капли гексацианоферрата(III) калия. Образуется синий осадок.

КатионFe³⁺

Растворы солей железа (III) имеют желтую или красно-бурую окраску за счет присутствия аква- и гидроксокомплексов:

[Fe(H₂O)₆]³⁺, [Fe(H₂O)₅OH]²⁺ и др.

1.Гексацианоферрат(II)калияK4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль)образует с катионом железа Fe³⁺ темно-синийосадок «берлинской лазури»:

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)6]^4- → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ или KFe[Fe(CN)₆]

Осадок растворяется в избытке реагента и в сильных кислотах.

Щелочи разлагают берлинскую лазурь:

Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ +12NaOH → 4Fe(OH)₃↓ + 3Na₄[Fe(CN)₆]

Избыток K₄[Fe(CN)₆] нежелателен, так как может вызвать образование растворимой формы берлинской лазури. Эта реакцияспецифична.

Выполнение реакции: к 2-3 каплям раствора сульфата железа(III) добавляют 3-4 капли дистиллированной воды, 1-2 капли соляной кислоты и 2 капли гексацианоферрата (II) калия.

Образуеся темно-синий осадок.

2.Тиоцианат(роданид)аммонияNH4SCN (KSCN) образует с

катионом Fe³⁺ роданид железа кроваво-красного цвета:

Fe³⁺ + 3SCN ^- → Fe(SCN)₃

Для полного протекания реакции необходимо использовать концентрированные растворы NH₄SCN или КSCN. Мешают фосфаты, арсенаты, оксалаты, цитраты, тартраты, фториды, образующие с Fe³⁺ устойчивые комплексные соединения.

Выполнение реакции: в пробирку прикапывают 2-3 капли раствора сульфата железа (III) и прибавляют 2 капли раствора роданида калия. Появляется кроваво-красное окрашивание

раствора. Добавляют несколько капель изоамилового спирта или эфира и встряхивают. Органический слой окрашивается в красный цвет.

Гидрофосфат натрия Na₂HPO₄образует с катионом Mg²⁺ в присутствии гидроксида аммония NH₄OH и хлорида аммония NH4Cl белый кристаллический осадок двойной соли – фосфата магния-аммония MgNH₄PO₄:

Mg²⁺ + HPO4^2- + NH₄OH = MgNH₄PO₄↓ + H₂O

Хлорид аммония добавляют, чтобы не выпал аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH)2.

Выполнение реакции: к 2-3 каплям раствора соли магния добавляют 1-2 капли раствора хлорида аммония и 3-5 капель гидрофосфата натрия. Перемешивают стеклянной палочкой и добавляют концентрированный раствор аммиака до рН=9. Наблюдают образование белого осадка.

КатионBi³⁺

1.Гидролиз–одна из характерных реакций на катион Bi³⁺.

При добавлении воды к раствору хлорида висмута BiCl3 выпадает белый осадок основной соли хлорида висмута:

BiCl₃ + 2H₂O = Bi(OH)₂Cl↓ + 2HCl

Образовавшаяся основная соль неустойчива, выделяет молекулу воды, образуя новую основную соль – хлористый висмутил:

Bi(OH)₂Cl↓ → BiOCl↓ + H₂O

Реакцию гидролиза лучше проводить с хлоридом висмута(III), так как хлористый висмутил BiOCl менее растворим, чем нитрат висмутила BiONO3. Если используется нитрат висмута Bi(NO3)3, то необходимо к раствору добавить 2-3 капли хлорида аммония NH4Cl.

Выполнение реакции: к 5-6 каплям раствора хлорида висмута(III) прибавляют 20 капель дистиллированной воды. Наблюдают образование белого осадка. Соли сурьмы мешают проведению реакции, т.к. также подвергаются гидролизу.

2.Восстановление катионов Bi3+до металлического висмута.

Для проведения реакции берется свежеприготовленный раствор хлорида олова (II) SnCl2. Не следует брать большого избытка щелочи. Проведению реакции мешают катионы Ag⁺, Hg²⁺

Выполнение реакции: к 3 каплям раствора хлорида олова SnCl2 добавляют избыток щелочи NaOH, чтобы первоначально выпавший осадок Sn(OH)2 растворился:

SnCl2+ 2 NaOH = 2NaCl + Sn(OH)2↓

Sn²⁺ + 2OH^- = Sn(OH)₂↓

Sn(OH)2↓ + 2 NaOH = Na2SnO2+ 2H2O

Sn(OH)2↓ + 2 OH ^- =SnO₂^2- + 2H2O

К полученному щелочному раствору добавляют 2 капли раствора соли висмута (III). Выпадет черный осадок металлического висмута:

Bi(NO3)3 + 3 NaOH = Bi(OH)3↓ + 3NaNO3

Bi³⁺ + 3OH^- = Bi(OH)₃↓

2 Bi(OH)₃↓ + 3Na₂SnO₂= 2Bi↓ + 3Na₂SnO₃+ 3H₂O

2 Bi(OH)₃↓ + 3SnO₂^2- = 2Bi↓ + 3SnO₃^2- + 3H₂O

КатионCo²⁺

Разбавленные растворы солей кобальта розового цвета. Эта окраска принадлежит комплексным ионам [Co(H₂O)₆]²⁺ Выпаривание растворов или действие дегидратирующих веществ,

например, спирта, концентрированной хлороводородной кислоты вызывает переход розовой окраски раствора в синюю вследствие происходящей дегидратации комплексных ионов и замены

молекул воды в них другими лигандами.

Тиоцианат аммония (или калия) NH4SCN (KSCN) в уксуснокислом растворе при рН = 4–5 с ионами Co²⁺ образует комплексную соль:

СоCI₂ + 4NH₄SCN = (NH₄)₂[Co(SCN)₄] + 2NH₄CI

Тетратиоцианокобальтат (II) аммония (NH4)2[Co(SCN)4] имеет красивую сине-голубую окраску. Ион [Co(SCN)₄]^2- неустойчив и легко распадается в водных растворах. Поэтому для проведения

реакции необходим либо большой избыток тиоцианат-ионов, либо присутствие органических растворителей (изоамиловый спирт, ацетон), подавляющих диссоциацию комплекса. Мешают ионы Fe3+, которые маскируют добавлением NH4F (KF).

Выполнение реакции: к 2-3 каплям раствора соли Co²⁺ добавляют твердый тиоцианат аммония (калия), твердый фторид аммония, 5-7 капель изоамилового спирта и встряхивают. Слой изоамилового спирта окрашивается в синий цвет.

КатионCu²⁺

Растворы солей меди (II) окрашены в голубой или зеленый цвет.

Водный раствор аммиака при взаимодействии с ионами меди (II) сначала осаждает основные соли переменного состава зеленого цвета, легкорастворимые в избытке реагента. При этом образуется аммиачный комплекс меди сине-фиолетового цвета:

Cu²⁺ + 4NH₄OH = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4H₂O

Выполнение реакции: в пробирку к 2-3 каплям соли меди (II) добавляют большой избыток раствора аммиака до рН>9. Появление сине-фиолетовой окраски указывает на присутствие катионов Cu²⁺

КатионAg⁺

1.Раствор хлороводородной кислоты осаждает катионы серебра в виде белого творожистого осадка AgCI. Осадок чернеет на свету, растворим в водном растворе аммиака вследствие образования комплексной соли хлорида диамминсеребра [Ag(NH3)2]CI. При действии азотной кислоты на хлорид диамминсеребра выпадает осадок AgCI:

[Ag(NH₃)₂]⁺ + 2H⁺ = AgCI↓ + 2NH4⁺

Мешают катионы Pb²⁺ и Hg₂^2+.

Выполнение реакции: к 3-4 каплям раствора AgNO3 добавляют столько же 2 М HCI. Проверяют растворимость полученного осадка AgCI в HCI, HNO3 и в растворе NH4OH. К образовавшемуся

раствору комплексной соли хлорида диамминсеребра добавляют HNO3 до pH = 1-2. Выпадает белый осадок.

2.Бромид и иодид калия KBrиKIобразуют с катионом Ag⁺ бледно-желтый осадок бромида серебра AgBr и желтый осадок иодида серебра AgI. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Творческое задание

1. Составить схему хода анализа и написать уравнения реакций открытия катионов:

а) Na⁺, Ba²⁺, Pb²⁺;

б) K⁺, Ag⁺,Cu²⁺;

в) NH₄⁺, Al³⁺, Fe²⁺;

г) Ca²⁺, Hg₂²⁺, Zn²⁺;

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/228548-prakticheskoe-zanjatie-3-dlja-distancionnogo-